Projet de recherche P7/28 (Action de recherche P7)
De nombreux processus microbiens importants pour l'établissement d'infections par des bactéries ou des champignons peuvent êtres considérés comme des processus développementaux. Par exemple, la transition d'une cellule planctonique vers une cellule incluse dans un biofilm et attachée à la surface des muqueuses de l'hôte nécessite un réseau complexe de régulation qui contrôle le niveau d’expression d’un grand nombre de gènes. De même, la différenciation de cellules microbiennes normales physiologiquement en cellules tolérantes aux antimicrobiens (« persister » phenotype) est un autre exemple d’un processus de développement impliquant une régulation stricte du metabolisme et de l’expression des gènes. Enfin, le succès de la colonisation et du développement de l'infection chez un hôte humain exigent la régulation spatio-temporelle de l'expression de gènes de virulence. Ce contrôle strict de l'expression génique nécessaire pour mener à bien ces processus de développement est souvent directement influencé par des interactions complexes entre les cellules microbiennes.
L'objectif global de ce projet est d'élucider les mécanismes de régulation impliqués dans des processus-clés de développement dans les micro-organismes. Pour atteindre cet objectif, nous avons réuni un consortium de sept équipes de recherche belges et une équipe internationale. Ces huit partenaires effectueront conjointement les tâches détaillées dans six «work packages» (WP) :
WP1: Outils.
WP2: Rôle de la détection des nutriments dans le développement de biofilms mono- et multi-espèces
WP3: Persistance
WP4: Rôle des sRNA et des protéines interagissant avec les petits ARN dans les processus de développement microbien.
WP5: Rôle de la communication intercellulaire dans les processus de développement microbien.
WP6: Différenciation et l'infection par des α-protéobactéries.
Des outils sophistiqués pour l'analyse moléculaire fine de cellules microbiennes ont toujours mené à de nouvelles découvertes en microbiologie. Tout au long de ce projet de recherche, les nouveaux outils prendront également une place prépondérante dans l'analyse de la différenciation, la virulence microbienne et les biofilms (in vitro et in vivo). Dans le WP1, un certain nombre d’outils à la pointe des technologies seront ou continueront à être développés et seront mis en œuvre et / ou optimisés. Ces outils seront mis à la disposition de tous les partenaires.
L'objectif principal du WP2 est d'acquérir une meilleure compréhension du rôle de la perception des nutriments dans le développement de biofilms mono- et multi-espèces et ce, dans diverses conditions. Pour cela, nous allons étudier des biofilms soit monobactériens (Staphylococcus aureus) soit monofongiques (Candida albicans) ainsi que la formation de biofilms multi-espèces (C. albicans-S. aureus). L’étude des processus moléculaires impliqués dans le développement et la maintenance de ces biofilms sera faite par transcriptomique à haut-débit (RNAseq).
Pour obtenir une vue détaillée des mécanismes qui sous-tendent le développement des cellules « persister » très tolérantes aux antimicrobiens, nous suivrons deux approches dans WP3. Dans la première, nous analyserons les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation des gènes connus comme étant impliqués dans ces processus, ainsi que l'activité moléculaire de leurs produits, y compris les systèmes toxine-antitoxine. La seconde approche sera exploratoire et permettra l'identification de mécanismes supplémentaires impliqués dans la persistance.
Dans le WP4, nous étudierons l’hypothèse selon laquelle les sRNA jouent un rôle essentiel dans la régulation fine de l'expression de gènes impliqués dans les processus de développement, y compris la formation de biofilm, chez les bactéries Gram négatif. Un premier but dans ce WP sera d'identifier et de caractériser (en utilisant le RNAseq) les gènes de sARN impliqués dans la formation et la maintenance de biofilms de Burkholderia. Par la suite, le rôle spécifique de ces ARNs dans le développement de biofilms mono-et multi-espèces sera élucidé grâce à l’étude de mutants de suppression et de surexpression. Un second objectif sera la caractérisation détaillée du rôle du CsrA, une protéine qui est connue pour interagir avec les sRNA, chez Escherichia coli.
Le WP5 abordera un large éventail de questions fondamentales liées au « Quorum Sensing» et au «Quorum Quenching» chez les bactéries Gram-positives et Gram-négatives. Nous étudierons comment les mécanismes de QS affectent le développement de la virulence de Brucella au sein des cellules infectées et à quel stade de son trafic de vacuolaire, comment les sARN affectent la régulation du Quorum Sensing de Burkholderia spp. Et comment le système de régulation QS-like Rgg/comR affectent la dynamique des populations de divers streptocoques.
Le WP6 est consacré à l'étude de trois aspects du cycle cellulaire de bactéries qui, chez les α-protéobactéries, sont des modèles de cellules avec différentiation : Rhizobium etli et Brucella abortus. Ces trois aspects sont les sites de croissance, l'initiation de la réplication du génome et la division cellulaire asymétrique. Pour chaque aspect, nous utiliserons des marqueurs moléculaires qui pourraient détecter ces événements dans les bactéries lors de l’interaction avec leur hôte. En outre, nous allons caractériser les divers types de cellules différentiées au niveau moléculaire, en utilisant l'analyse transcriptomique et métabolique. Enfin, nous proposons d'étudier les mécanismes moléculaires régulant la transition entre les types de cellules différenciées.
Nous sommes convaincus que ce réseau, par son intégration, va nous permettre d'aller au- delà de l'état de l'art et que nos recherches communes aboutiront à des résultats novateurs dans le domaine des processus de développement microbien.
